Zuhal Olcay İstanbul'da doğdu. İlk ve ortaöğrenimini İstanbul'da tamamladı. Ankara Devlet Konservatuarı'nda 5 yıllık eğitimden sonra, 1976'da Tiyatro Yüksek Bölümünü bitirdi.10 yıl boyunca İstanbul, İzmir ve Ankara Devlet Tiyatroları'nda görev aldı. Bu yıllar içinde Boş Beşik, Deli Dumrul, Othello gibi oyunlarda önemli roller üstlendi.
1983'ten itibaren çeşitli televizyon yapımlarında da rol alan Olcay, ilk televizyon filmi Sönmüş Ocak için kamera önüne geçti. 1985 tarihli TV dizisi Parmak Damgası ve ardından Gecenin Öteki Yüzü ile adından bahsettirmeye başlayan oyuncu, tiyatroda da oyunculuk yapmaya devam ediyordu. 1984 yılında İhtiras Fırtınası ile "En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu", 1985 yılında Amansız Yol filmi ile de "En İyi Kadın Oyuncu" ödülünü aldı.1986'da Martı adlı tiyatro oyunundaki performansıyla, "Avni Dilligil Tiyatro Ödülü"ne layık görülen sanatçı, 1988 yılında İrma karakterini canlandırdığı Balkon adlı oyundaki başarısıyla da "Ankara Sanat Ödülü"nün sahibi oldu. Olcay'ın tiyatro kariyerindeki bu önemli yükseliş, ününü pekiştirdi. 1989 yılında Evita müzikalinde Eva Peron'u canlandırdığında, şarkıcılığıyla dikkatleri üzerine çekti. Aynı yıl Sahte Cennete Veda adlı filmdeki Elif rolüyle, Almanya'da "Altın Film Şeridi En İyi Kadın Oyuncu" ödülünü kazanarak uluslararası bir başarı elde etti. Olcay'ın müzikal yolculuğunu başlatan Evita müzikalinin ardından, Dünden Sonra, Yarından Önce filmi geldi. Film, Olcay'ın seslendirdiği aynı adlı şarkıyla büyük ilgi topladı.
1990-98 yılları arasında kendisinin de kurucuları arasında olduğu Tiyatro Stüdyosu'nda Aldatma (1990-92), Kan Kardeşleri (1991), Histeri (1996-97) ve Balkon (1998) adlı oyunlarda rol aldı. 1999 yılında kurduğu Oyun Atölyesi'nde ilk sahnelenen oyun olan Steven Berkoffun Dolu Düşün Boş Konuş adlı oyunundaki Donna rolüyle Afife Tiyatro Ödülleri "En İyi Kadın Komedi Oyuncusu" ödülünü aldı. Daha sonra yine aynı sahnede Ayrılış adlı oyunda Sarah karakterini canlandırdı.2007'deTilbe Saranla birlikte rol aldığı Nathalie adlı oyunda canlandırdığı Nancy karakteriyle Afife Tiyatro Ödülleri "En İyi Kadın Oyuncu"ödülünü aldı.
1997 yılında Zuhal Olcay 80. Adım filminde canlandırdığı Lerzan karakteriyle, sinema yazarları ve eleştirmenlerince "En İyi Kadın Oyuncu" ödülüne, 2001 yılında yaptığı Hiçbiryerde filmiyle de İstanbul Film Festivali'nde yine "En İyi Kadın Oyuncu" ödülüne layık görüldü.
Onno Tunç, Mehmet Teoman, Vedat Sakman, Selim Atakan, Bülent Ortaçgil ve Gürol Ağırbaş gibi isimlerle çalışan Zuhal Olcay'ın Küçük Bir Öykü Bu (1990), Oyuncu (1993), İki Çift Laf (1996), İhanet (1998), Başucu Şarkıları (2001), Başucu Şarkıları 2 (2005), Aşk'ın Halleri (2009) isimli 7 solo albümü bulunmaktadır.Solo albümlerinin yanında çeşitli sanatçıların yer aldığı bir çok kollektif albümde yer aldı.Cengiz Onural'ın bestelerinden oluşan ve Zuhal Olcay'ın da rol aldığı Hiçbiryerde isimli filmin müzikleri 2002 yılında albüm olarak yayınlandı.
Yeditepe İstanbul, Geniş Zamanlar gibi sevilen birçok di
